Ідея повернутися в минуле — один із найпопулярніших сюжетів наукової фантастики. Проте відсутність гостей із майбутнього давно натякала, що реальний Всесвіт влаштований значно суворіше. Нове дослідження фізика Хуншена Чжана з Університету Цзінань у Китаї, опубліковане на препринт-сервері arXiv, пропонує лаконічний математичний бар’єр, який перекреслює усі надії на замкнені часові петлі для більшості типів Всесвіту.
Замість складних обчислень, що враховують квантові ефекти, нескінченні обсяги енергії чи гравітаційні сингулярності, Чжан використав давно відоме рівняння «нульового ейконала» (null eikonal equation), яке зазвичай застосовують для опису поширення світлових хвиль.
Результат виявився напрочуд простим. Доведення займає лише три рядки й спирається на єдиний геометричний факт: світлоподібний напрямок ніколи не може бути перпендикулярним (ортогональним) до часового шляху мандрівника. З цього випливає, що певна математична величина має безперервно зростати уздовж усієї траєкторії руху. Отже, жоден об’єкт не здатний повернутися у вихідну точку власного минулого.
Це можна порівняти з рухом вулицею з одностороннім рухом, де відсутні розвороти, з’їзди чи навіть узбіччя, аби розвернути автомобіль.
Чотири засуви на дверях минулого
У теоретичній фізиці вже існували три основні сімейства критеріїв, що забороняють замкнені часоподібні лінії:
- Часові критерії: передбачають існування єдиного космічного годинника, що завжди цокає лише вперед.
- Енергетичні критерії: вимагають додатної енергії та гравітації, що виключає використання «екзотичної матерії» з від’ємною масою.
- Топологічні критерії: описують форму та зв’язаність самого простору-часу.
Робота Чжана додає четвертий інструмент. Він дає змогу швидко перевіряти математичні моделі Всесвіту на можливість подорожей у часі без розв’язання надскладних рівнянь загальної теорії відносності.
Світло замість годинника
Головна інновація підходу полягає в тому, як саме науковець пропонує розрізати простір-час. Традиційні моделі вимагають вибору конкретного моменту «зараз», що потребує наявності спостерігача та годинника.
Чжан натомість розрізає простір-час поверхнями, на яких існує саме світло. Така геометрія є абсолютно об’єктивною і не залежить від того, хто саме здійснює вимірювання.
Чи є винятки?
Математичні доведення корисні ще й тим, що чітко вказують на свої межі. За словами автора, існує лише два теоретичні шляхи обійти цю заборону:
- Місцеве закручування: екстремальне викривлення простору-часу навколо об’єктів із колосальною гравітацією (наприклад, швидкообертальних чорних дір).
- Глобальна топологія: ситуація, коли сам Всесвіт на масштабному рівні замкнений сам на себе і має форму, подібну до пончика.
Чи реалізовані такі умови у нашому Всесвіті — питання відкрите. Проте тепер фізики мають точну алгебраїчну інструкцію щодо того, які саме закони геометрії довелося б зламати для створення реальної машини часу.
Раніше ми повідомляли про те, як математик підтвердив можливість подорожей у часі.
За матеріалами sciencealert.com
